A menção ao fator de eficiência é encontrada em muitos artigos. Vamos dar uma olhada no que é eficiência. Subindo na corda, uma pessoa transforma o estoque de sua energia química em energia potencial, mas a força com que ela libera energia química acaba sendo muito maior, pois também é liberada uma quantidade significativa de calor. A quantidade de energia química gasta pode ser determinada coletando o ar exalado por um alpinista e medindo seu volume e conteúdo de dióxido de carbono.
Esses dados permitem calcular a potência necessária, que por sua vez pode caracterizar a potência total desenvolvida durante o levantamento.
Para qualquer máquina térmica, a relação entre a potência de saída útil e a potência de entrada total é chamada de fator de eficiência (eficiência abreviada).
Se lembrarmos que potência é a taxa de transferência de energia e é determinada pela relação: Potência = Energia transferida / tempo, então eficiência. também pode ser definido como a razão entre a parte útil da energia na saída e a energia total na entrada.
Um alpinista subindo por uma corda parece gastar a maior parte de sua energia na forma de calor. Se considerarmos um alpinista como uma máquina para levantar uma carga (ele mesmo) devido ao fornecimento de energia, então a eficiência é aparentemente muito pequeno. O motor elétrico consome mais energia da rede elétrica do que fornece ao mecanismo acionado. A diferença está relacionada ao calor gerado no motor.
eficiência um grande motor elétrico pode representar até 90%. Um motor elétrico é um hábil transmissor de energia. Em carga baixa, consome pouca energia da rede. Se estiver carregado, continuando a girar na mesma velocidade, exigirá mais energia. A potência útil do motor pode ser medida mecanicamente e a potência total pode ser encontrada nas leituras do voltímetro e do amperímetro.
Os animais têm grande capacidade de sobrecarga, mas, por outro lado, são muito econômicos em cargas baixas. Dentro de pouco tempo, o cavalo pode ser feito para dar mais de 1 litro. Com. Se o mesmo cavalo trabalhar todos os dias, mas com frações de potência, ele precisará de menos alimento.
O trabalho realizado pelo motor é:
Este processo foi considerado pela primeira vez pelo engenheiro e cientista francês N. L. S. Carnot em 1824 no livro Reflexões sobre a força motriz do fogo e sobre as máquinas capazes de desenvolver esta força.
O objetivo da pesquisa de Carnot era descobrir as razões da imperfeição dos motores térmicos da época (eles tinham uma eficiência ≤ 5%) e encontrar maneiras de melhorá-los.
O ciclo de Carnot é o mais eficiente de todos. Sua eficiência é máxima.
A figura mostra os processos termodinâmicos do ciclo. No processo de expansão isotérmica (1-2) a uma temperatura T 1 , o trabalho é realizado alterando a energia interna do aquecedor, ou seja, fornecendo a quantidade de calor ao gás Q:
UMA 12 = Q 1 ,
O resfriamento do gás antes da compressão (3-4) ocorre durante a expansão adiabática (2-3). Mudança na energia interna ΔU 23 em um processo adiabático ( Q=0) é totalmente convertido em trabalho mecânico:
UMA 23 = -ΔU 23 ,
A temperatura do gás como resultado da expansão adiabática (2-3) diminui até a temperatura do refrigerador T 2 < T 1 . No processo (3-4), o gás é comprimido isotermicamente, transferindo a quantidade de calor para o refrigerador Q2:
A 34 = Q 2,
O ciclo é completado pelo processo de compressão adiabática (4-1), no qual o gás é aquecido a uma temperatura T 1.
O valor máximo da eficiência dos motores térmicos operando com gás ideal, de acordo com o ciclo de Carnot:
.
A essência da fórmula é expressa na comprovada A PARTIR DE. O teorema de Carnot de que a eficiência de qualquer máquina térmica não pode exceder a eficiência do ciclo de Carnot realizado na mesma temperatura do aquecedor e do refrigerador.
Usando este ou aquele mecanismo, fazemos um trabalho, que sempre excede o necessário para atingir a meta. De acordo com isso, é feita uma distinção entre completo ou trabalho gasto A c e trabalho útil A p. Se, por exemplo, nosso objetivo é elevar uma carga de massa m a uma altura h, então o trabalho útil é aquele devido apenas à superação da força da gravidade que atua sobre a carga. Com um levantamento uniforme da carga, quando a força aplicada por nós é igual à força da gravidade da carga, esse trabalho pode ser encontrado da seguinte forma:
A p \u003d F t h \u003d mgh. (24.1)
Se usarmos um bloco ou algum outro mecanismo para levantar a carga, além da gravidade da carga, também teremos que superar a gravidade das partes do mecanismo, bem como a força de atrito que atua no mecanismo. Por exemplo, usando um bloco móvel, teremos que fazer um trabalho adicional para levantar o próprio bloco com um cabo e superar a força de atrito no eixo do bloco. Além disso, quando ganhamos em força, sempre perdemos na estrada (mais sobre isso abaixo), o que também afeta o desempenho. Tudo isso leva ao fato de que o trabalho que passamos é mais útil:
A c > A p
O trabalho útil é sempre apenas uma parte do trabalho total que uma pessoa realiza usando um mecanismo.
Uma quantidade física que mostra a proporção de trabalho útil de todo o trabalho gasto é chamada eficiência mecanismo.
A abreviação de eficiência é eficiência.
Para encontrar a eficiência do mecanismo, é necessário dividir o trabalho útil pelo trabalho gasto ao usar esse mecanismo.
A eficiência é frequentemente expressa como uma porcentagem e denotada pela letra grega η (leia-se "isto"):
η =* 100% (24,2)
Como o numerador A p nesta fórmula é sempre menor que o denominador A c , a eficiência é sempre menor que 1 (ou 100%).
Ao construir mecanismos, eles se esforçam para aumentar sua eficiência. Para fazer isso, reduza o atrito nos eixos dos mecanismos e sua massa. Nos casos em que o atrito é desprezível e os mecanismos utilizados têm massa desprezível em relação à massa da carga levantada, a eficiência é apenas ligeiramente inferior a 1. Nesse caso, o trabalho despendido pode ser considerado aproximadamente igual ao útil trabalhar:
Ac ≈ Ap (24,3)
Deve ser lembrado que nenhum ganho de trabalho pode ser obtido com a ajuda de um mecanismo simples.
Como cada um dos trabalhos na igualdade (24.3) pode ser expresso como o produto da força correspondente e o caminho percorrido, essa igualdade pode ser reescrita da seguinte forma:
F 1 s 1 ≈ F 2 s 2 (24,4)
Disso decorre que,
ganhando com a ajuda do mecanismo em força, perdemos a mesma quantia no caminho e vice-versa.
Esta lei é chamada "regra de ouro" da mecânica. Seu autor é o antigo cientista grego Heron de Alexandria, que viveu no século I aC. n. e.
A “regra de ouro” da mecânica é uma lei aproximada, pois não leva em conta o trabalho para vencer o atrito e a gravidade das partes dos aparelhos utilizados. No entanto, pode ser muito útil ao analisar o funcionamento de qualquer mecanismo simples.
Assim, por exemplo, graças a esta regra, podemos dizer imediatamente que o trabalhador representado na Figura 47, com um duplo ganho de força para levantar uma carga em 10 cm, terá que baixar a extremidade oposta da alavanca em 20 cm. O mesmo será o caso mostrado na Figura 47. Figura 58. Quando a mão da pessoa que segura a corda cai 20 cm, o peso preso ao bloco móvel sobe apenas 10 cm.
1. Por que o trabalho gasto ao usar mecanismos acaba sendo um trabalho mais útil o tempo todo? 2. Como se chama a eficiência do mecanismo? 3. A eficiência de um mecanismo pode ser igual a 1 (ou 100%)? Por quê? 4. Como aumentar a eficiência? 5. Qual é a "regra de ouro" da mecânica? Quem é seu autor? 6. Dê exemplos da manifestação da "regra de ouro" da mecânica ao usar vários mecanismos simples.
Eficiência (coeficiente de desempenho) é o grau de eficiência de utilização da energia do combustível no motor, quanto maior, mais energia térmica da combinação do combustível é convertida no motor em energia mecânica de rotação do eixo principal. Quanto menos combustível o motor consome por unidade de potência de saída.
ARTIGO 1
Os modernos motores de combustão interna há muitas décadas, com o advento da injeção direta e dos sistemas de turbocompressão para entrada de ar nos cilindros, atingiram os valores atuais de eficiência e eficiência de combustível. Portanto, hoje, as corporações globais - fabricantes de motores para carros e outros equipamentos gastam muito dinheiro e muitos anos de esforços para aumentar a eficiência em apenas 2 a 3% devido aos altos custos e complicações significativas do projeto do motor. Os esforços e custos são completamente incomparáveis com o resultado. O resultado de tudo isso - como diz o famoso provérbio - "a montanha deu à luz um rato".
A propósito, é por isso que em todos os principais países existe toda uma indústria de "afinação de motores", ou seja, um grande número de pequenas empresas, oficinas semi-artesanais e especialistas individuais que se comprometem a, de alguma forma, levar os motores padrão das marcas de carros de massa a níveis mais altos de potência, tração, etc. sujeitar o motor a um ajuste fino, refinamento, forçamento, etc. truques que são popularmente definidos como ajuste do motor.
Mas todos esses eventos e ações técnicas em motores são de natureza muito padronizada, e todas essas ideias de ajuste têm pelo menos meio século de idade. Deixe-me lembrá-lo de que a turbocompressão do ar que entra no motor foi usada com sucesso na década de 20 do século passado, e a primeira patente dos EUA para tal dispositivo foi recebida pelo engenheiro suíço Alfred Buchi já em 1905 ... E sistemas de direto a injeção de combustível em cilindros foi massivamente utilizada em motores a pistão da aviação militar já no período inicial da 2ª Guerra Mundial. Aqueles. todos os sistemas técnicos "avançados" modernos para a luta para aumentar a eficiência e a eficiência de combustível dos motores já têm mais de cem anos, ou até mais. Com todos esses truques, a eficiência geral dos melhores motores a gasolina (com ignição por centelha) não excede 25-30%, e a eficiência dos melhores motores a diesel em suas versões de grande porte mais econômicas (que possuem muitos dispositivos adicionais complexos) não pode exceder 40 por muitas décadas.-45%. Para motores a diesel pequenos, a eficiência é 10% menor.
Neste artigo, tentaremos expor brevemente e em linguagem popular as principais tarefas e determinar as possibilidades teóricas de criar um motor de combustão interna com eficiência confiável acima de 50%.
* * * Portanto - a eficiência do motor, a julgar pelos livros didáticos das universidades técnicas, consiste em dois valores: eficiência termodinâmica e eficiência mecânica .
O primeiro valor indica quanto do calor gerado no motor é convertido em trabalho útil e quanto é desperdiçado no espaço circundante. A eficiência mecânica indica quanto da operação ativa do motor é gasta inutilmente na superação de várias resistências mecânicas e no acionamento de equipamentos adicionais no próprio motor.
Mas, por alguma razão, em todos os livros didáticos, o conceito de “eficiência de combustível” não é introduzido no conceito de eficiência geral. Ou seja, um valor que mostrará quanto combustível queima de forma útil e eventualmente se transforma em calor e volume de gases de trabalho, e quanto combustível não queima e vai para o escapamento na forma de vapores de combustível ou produtos de sua combustão incompleta. É essa parte não queimada do combustível que é queimada em carros modernos de "alto desempenho" em catalisadores instalados nos canos de escapamento. Aqueles. o escapamento devido ao uso desses sistemas é bastante limpo, mas esse sistema não aumenta a eficiência de combustível e a eficiência do motor. Pelo contrário, reduz - porque para “bombear” uma parte dos gases de escape através de uma “grade densa” de superfícies catalíticas, o motor tem de funcionar como uma bomba sólida e gastar uma parte considerável da sua potência nesta matéria. Claro, essa categoria está de alguma forma presente nas fórmulas de cálculo da eficiência, mas não está presente de forma explícita e tímida. Por exemplo, em uma forma como, por exemplo, em uma das fórmulas para o balanço térmico geral, existe um componente “Q n.s. é o calor produzido pela combustão incompleta. Mas todas essas abordagens sofrem de uma certa imprecisão, então tentarei expor tudo da maneira mais clara e sistemática possível.
Assim, a eficiência geral do motor será decomposta em 3 partes principais:
A essência desses valores é a seguinte:
Eficiência do combustível- mostra quanto combustível foi efetivamente queimado no motor e transformado em um volume de gases de trabalho de alta temperatura e alta pressão, e que parte do combustível nunca foi queimada e na forma de produtos de combustão incompleta, partículas carbonizadas (no forma de fumaça, fuligem e fuligem), ou geralmente praticamente na forma de vapor de combustível puro, passou pelo motor diretamente e voou para o tubo de escape. Quando você fica ao lado de um velho carro doméstico em funcionamento, especialmente um caminhão, e sente um forte cheiro de gasolina - esse é exatamente o resultado de um tipo tão ineficiente de combustão parcial de combustíveis;
Eficiência térmica
- mostra quanto calor recebido da combustão do combustível se transforma em trabalho útil e quanto é dissipado inutilmente no espaço circundante;
Eficiência mecânica
- mostra quantos Trabalho mecanico transforma-se em uma força de torque no eixo principal e é transmitida ao consumidor, e qual é gasta inutilmente no atrito ou gasta no acionamento dos mecanismos de suporte;
Vamos considerar brevemente todas essas posições:
Eficiência do combustível
- neste tópico, dados inteligíveis não puderam ser encontrados nem nos antigos livros didáticos soviéticos sobre a teoria e cálculo dos motores de combustão interna, nem nos recursos infinitos da Internet moderna.
Dados inteligíveis e significativos foram encontrados nesses dados sobre o cálculo de pós-combustores catalíticos de combustível não queimado para carros modernos. Afinal, eles também precisam calcular claramente o desempenho de seus pós-combustores para uma certa quantidade de hidrocarbonetos não queimados recebidos nos motores. Portanto, a partir desses dados, conclui-se que os motores a pistão (também a diesel) queimam em média não mais que 75% do combustível, mas 25% dos vapores do combustível e produtos de sua combustão incompleta vão para o tubo de escape e precisam dos serviços de um pós-combustor ( para não envenenar meio Ambiente). Aqueles. nos motores que existem hoje, não mais do que 75% do combustível é totalmente queimado e convertido em calor. Para motores de 2 tempos, esse valor é ainda menor.
Eficiência térmica- em média, os motores a pistão têm essa eficiência na ordem de 35 a 40%. Aqueles. cerca de 65% do calor gerado é liberado para o ambiente sem uso através do sistema de refrigeração e com os gases de exaustão.
Eficiência mecânica - em média, 10% do trabalho do motor é gasto no atrito entre suas partes e no acionamento dos mecanismos auxiliares do motor.
Como resultado, em termos da soma das perdas térmicas e mecânicas, os modernos motores a pistão de pequenos tamanhos e capacidades têm uma eficiência não superior a 30%.
Em motores grandes, como motores diesel marítimos ou grandes motores de locomotivas ferroviárias e caminhões, a economia de energia é mais fácil, mas não vamos falar sobre eles.
Mas - o valor de eficiência de 30% não leva em consideração a proporção de combustível não queimado, ou seja, não leva em conta a utilidade da combustão de vapores de combustível no motor. Acredito que, levando em consideração esse parâmetro, o valor da eficiência real dos motores a gasolina a pistão não ultrapasse 20%, e os motores a diesel - um pouco mais, cerca de 5-7%.
O resultado é melhor do que os motores a vapor a carvão com sua eficiência de 7 a 8%, mas ainda muito pouco.
Vamos pensar - por que a "eficiência de combustível" especificada não foi incluída no conceito de eficiência? Por que o conceito de eficiência ignora claramente a parcela de combustível que não "contribui" com sua parte no processo de combustão e geração de calor? Aqueles. a maioria das perdas dos motores modernos sai do conceito de eficiência e os números dos valores de eficiência modernos sem levar em conta essas perdas são claramente superestimados?
A verdade está no próprio significado do termo "eficiência". Aqueles. é uma definição da parcela de trabalho útil - "ação" e da parcela de trabalho inútil. Algum trabalho ou liberação de energia é benéfico, e alguns (por exemplo, para superar o atrito ou a energia térmica perdida com a exaustão) são inúteis, mas estão lá e essa energia é tangível e levada em consideração. Mas as perdas de combustível não queimado não aparecem na forma de calor inútil ou trabalho não-alvo. Esses “menos de equilíbrio” não são de forma alguma perda de trabalho ou perda de calor. São perdas, combustível em sua forma mais pura. Aqueles. não são perdas em joules nem em atmosferas, mas em gramas e litros. E tais perdas não podem ser medidas ou contabilizadas sob a categoria de perda de pressão ou perda de calor, ação inútil ou trabalho desperdiçado.
Portanto, de acordo com as regras lógica formal EFICIÊNCIA e não deve levar em conta essas perdas. Para tanto, deveria haver um indicador e determinante diferente, mas não existe um parâmetro tão claro e distinto em uso generalizado. Assim, obtemos um indicador deliberadamente truncado e excessivamente favorável da eficiência dos motores modernos - um indicador de eficiência que leva em consideração apenas parte das perdas ...
Mas, de fato, a eficiência total dos modernos motores de combustão interna é visivelmente menor do que a eficiência universalmente postulada de 35-40% de eficiência. Afinal, apenas a ação útil e a energia desperdiçada em vão e o trabalho extra produzido pela parte queimada do combustível são levados em consideração. Mas a perda da parte não queimada do combustível do saldo total do combustível fornecido ao motor não é totalmente determinada ...
REVISÃO E INVENTÁRIO DE PERDAS NO PISTON ICE Tentaremos considerar e analisar brevemente todas as perdas de energia contidas no combustível, uma a uma de acordo com as posições descritas acima. E então - para considerar as possibilidades de se livrar dessas perdas. Aqueles. tentaremos formular o conceito e delinear as características gerais de um motor perfeito.
* * *
Primeiro nível de perdas- combustão incompleta de combustível nas câmaras de combustão do motor. Todos os especialistas sabem que o combustível dos motores modernos queima de forma incompleta e parte dele vai para o escape com os gases de escape. É por isso que os modernos motores de combustão interna envenenam o ar com produtos da combustão incompleta de hidrocarbonetos e, para obter um “escape limpo”, é instalado um pós-combustor catalítico no escapamento dos carros modernos, que “queima” o combustível em as superfícies de seus elementos ativos. Como resultado, o combustível que não aqueceu nos cilindros é inutilmente oxidado nesses catalisadores. Mas o escapamento fica mais limpo. Mas o preço desses catalisadores com superfícies de ródio e platina é muito alto e eles funcionam por um período limitado.
Uma tarefa- obter um motor que queima COMPLETAMENTE combustível em suas câmaras de combustão e converte completamente a energia das ligações químicas do combustível em calor e grande volume de gases de combustão simples, como vapor d'água e CO2.
Primeiro, vamos ver por que o combustível não queima completamente em motores de pistão tradicionais. O que dificulta a implementação do processo de combustão total?
A principal dificuldade dos motores a pistão neste tópico é a falta de oxigênio para a combustão, bem como a implementação do processo de combustão em um ciclo tecnológico com a expansão dos gases de combustão. A última situação pode ser descrita em outras palavras - a Mistura de Trabalho não tem tempo suficiente para a combustão total. Essas "doenças de nascimento" dos motores a pistão são praticamente incuráveis, então o pensamento da engenharia, ao longo de mais de 120 anos tentando se livrar delas, não encontrou uma maneira de fazer isso.
Considere esta desvantagem em detalhes: então, quando o pistão está no ponto morto superior (TDC), a mistura de trabalho comprimida (PCm) é inflamada. Começa o processo de combustão, que flui por algum tempo. A combustão aproximada da mistura de trabalho em um motor moderno de alta velocidade dura cerca de um milissegundo - 0,001 s. Em geral, todos os 4 ciclos ocorrem em 0,02-0,04 segundos.
Sabe-se que, para a combustão total e completa dos vapores do combustível, são desejáveis altas temperaturas e altas pressões. Mas imediatamente após o pistão passar pelo TDC, ele começa a descer com um aumento significativo no volume do espaço sobre o pistão. Aqueles. à medida que a frente de combustão da Mistura de Trabalho (PCm) se propaga na câmara de combustão, as primeiras porções do PCm queimado queimarão em alta temperatura e alta pressão. Mas agora as últimas porções do PCm em chamas encontram-se em condições de queda acentuada de pressão e queda de temperatura. Conseqüentemente, a utilidade da combustão cai drasticamente ou até para completamente. Por esse motivo, parte do PCM não tem tempo de queimar ou queima incompletamente. Portanto, parte do vapor do combustível vai para o tubo de escape e os gases de escape certamente contêm produtos da combustão incompleta de hidrocarbonetos combustíveis. O resultado - parte do combustível não queima e não transforma sua energia em calor e, em seguida, na rotação do eixo principal do motor, mas apenas polui e envenena o ar circundante.
É praticamente impossível eliminar essa desvantagem, pois o próprio projeto fundamental de um motor a pistão assume como princípio mais importante a conexão em um ciclo tecnológico "combustão - expansão" de dois processos diferentes: combustão e expansão dos produtos da combustão. Esses processos são difíceis de combinar, uma vez que cada um deles procede de maneira ótima sob condições de condições ótimas mutuamente exclusivas para o outro processo.
De fato, o processo de combustão de uma carga comprimida de PCm ocorrerá melhor em uma câmara fechada de volume constante. Em termodinâmica, esse processo é definido como um processo "isocórico". Aqueles. a carga de PCM queimará completamente e converterá em calor e pressão toda a energia das ligações químicas dos hidrocarbonetos combustíveis em uma câmara fechada sob condições de aumento acentuado de pressão e temperatura.
E o processo de expansão ocorrerá melhor em baixas temperaturas (para garantir a lubrificação das superfícies de deslizamento e fricção dos elementos de trabalho do motor), com fácil movimentação do corpo de trabalho principal (pistão).
Como você pode ver, em motores a pistão, essas duas condições não podem ser totalmente atendidas; portanto, o processo combinado de “expansão-combustão” segue um “cenário de compromisso”, quando as condições não são adequadas para cada um dos processos, mas no final , eles ainda permitem de alguma forma implementar o curso desses processos conjuntos com pelo menos 50% de eficiência. Como resultado, o processo de operação de um motor de pistão moderno é uma tecnologia de compromissos difíceis contínuos e perdas significativas.
Como resultado de tal “união matrimonial de compromisso” com perdas para ambas as partes envolvidas no caso, obtemos o seguinte resultado:
— combustão ocorre sob condições de forte expansão da câmara de combustão e mesmo a uma temperatura significativamente baixa das paredes do cilindro. Como resultado, o combustível queima de forma incompleta e ineficiente, e até mesmo parte do calor do combustível queimado é perdido quando as paredes frias do cilindro resfriado são aquecidas. Aqueles. a combustão ocorre em condições extremamente ineficientes.
— expansão ocorre em altas temperaturas do processo de combustão combinado com a expansão. É por isso que as paredes do cilindro precisam ser resfriadas, porque o óleo para lubrificar as superfícies de fricção do pistão e do cilindro a uma temperatura superior a 220 ° C perde suas "propriedades escorregadias" e o atrito começa a "secar" e o óleo carbonizado sinteriza em partículas sólidas, que passam a interferir ainda mais neste processo.
Parcialmente, uma saída para o impasse do processo de "queima - expansão" é encontrada organizando a "ignição antecipada", de modo que o mínimo possível da combustão do PCm ocorra na linha de expansão de alta velocidade e alta expansão do volume da câmara de combustão. Mas este é um esquema forçado e repleto de outros problemas colaterais. Como a "pré-ignição" envolve acender o PCM e criar Estado inicial pressão operacional dos gases de combustão antes mesmo de o pistão atingir o PMS, ou seja, na fase final do ciclo de "compressão". Consequentemente, a inércia do mecanismo de manivela (KShM) tem que superar essa pressão emergente da queima RSm e comprimir devido à inércia da rotação do virabrequim ou ao trabalho de outros pistões, que começaram a expandir a queima RSm. O resultado desse compromisso é um aumento acentuado das cargas no virabrequim, pistões, bielas e pinos da manivela, bem como uma diminuição na eficiência. Aqueles. o motor acaba por ser uma arena de confronto entre forças multidirecionais.
Outro tópico difícil em motores a pistão é a falta de oxigênio.É verdade que é típico apenas para motores a gasolina (motores que operam com ignição por faísca forçada), motores a diesel (motores que operam com ignição por compressão) não apresentam essa desvantagem. Mas, em vez disso, os motores a diesel adquiriram muitas outras dificuldades - muito peso, volume e dimensões impressionantes. Na verdade, ninguém conseguiu criar um motor diesel eficiente de dimensões aceitáveis \u200b\u200bcom volume inferior a 1,2 litros ... Este é o motor do menor carro a diesel Audi-A2. E deixar os motores a diesel em dimensões muito pequenas tem um resultado triste. Então - pequenos motores a diesel da Vladimir Tractor Plant D-120 (eles são colocados em um mini-trator) com potência de 25-30 cv. tem um peso de 280-300 kg. Aqueles. 10 kg de peso por cavalo de potência. Outros fabricantes ao redor do mundo estão em uma situação semelhante.
Portanto, o combustível não queima completamente quando o PCm é "rico", ou seja, tem muitos vapores de combustível e pouco ar (oxigênio). Tal PCm não tem chance de queimar completamente, simplesmente não há oxigênio suficiente para oxidar os hidrocarbonetos do combustível. O resultado é que os vapores de combustível que não queimaram por esse motivo vão para o escapamento. Mas, por outro lado, esse PCm queima rapidamente, embora com defeito. Isso significa que a maior parte do vapor do combustível ainda queima e fornece a pressão e a temperatura desejadas.
Você pode ir por outro caminho - faça uma "mistura ruim", ou seja, vai ter muito ar (oxigênio) no PCM e pouco vapor de combustível. Como resultado, no caso ideal, esse PCM será capaz de queimar completamente - todos os vapores de combustível queimarão 100% com eficiência total. Mas esse PCm tem uma grande desvantagem - ele queima muito mais lentamente do que uma "mistura rica" e nas condições de um motor a pistão realmente operacional, onde a combustão ocorre na linha de um aumento de volume em alta velocidade, como um PCm simplesmente não tem tempo para queimar totalmente. Visto que uma parte significativa da combustão de tal PCm cai devido à baixa velocidade nas condições de aumento acentuado do volume da câmara de combustão e queda de temperatura. O resultado - o PCm novamente não queima completamente, mesmo na opção “mistura pobre”, e uma parte perceptível dele não queima até o escapamento.
E, novamente, a eficiência de combustível desse modo de operação do motor a pistão é muito baixa.
O baixo suprimento do processo de combustão do PCm com oxigênio também é desempenhado pelo método de controle dos motores do carburador - o “método quantitativo”. Para desacelerar o motor e reduzir seu “impulso”, o motorista fecha a válvula do acelerador, restringindo assim o acesso de ar ao carburador. Como resultado, há novamente falta de ar para queimar combustível e novamente baixa eficiência de combustível ... Os motores de injeção são parcialmente desprovidos de tal desvantagem, mas o resto dos problemas de um motor a pistão aparecem neles "completos".
É necessário separar dois processos tecnológicos de trabalho extremamente contraditórios - "combustão - a formação de gases de trabalho de alta pressão e temperatura" e "expansão de gases de trabalho de alta pressão e temperatura". Então, esses dois processos podem começar a ser realizados em câmaras e dispositivos especializados com os parâmetros mais ideais. Aqueles. a combustão ocorrerá "isocoricamente" - em um volume fechado, com pressão e temperatura crescentes. E a expansão pode ser realizada em baixas temperaturas.
Em princípio, a ideia de fazer tal "grande divisão" foi formulada por vários inventores e engenheiros em vários países por muito tempo. Por exemplo, desenvolvimento empresa alemã DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG", sobre o tema de um motor de pistão com uma câmara de combustão separada. Mas até agora ninguém foi capaz de oferecer um esquema teoricamente bonito e tecnicamente viável para implementação em metal. A mesma empresa alemã DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG começou a receber patentes para seus desenvolvimentos há cerca de 15 anos, mas nunca ouviu falar de sucesso real na criação de um motor realmente funcional.
Assim, é necessário garantir um longo processo de combustão da carga de PCm em um volume fechado - um "processo isocórico". Nessas condições, será possível queimar uma “mistura pobre” deliberadamente, com grande excesso de ar, quando os vapores do combustível queimarem completamente, fornecer a quantidade máxima possível de calor e gases de combustão e, ao mesmo tempo, minimamente os produtos tóxicos da combustão irão para o escapamento. Mas isso só pode ser feito fornecendo informações suficientes muito tempo combustão de uma carga de PCm "pobre" em um volume fechado a pressão crescente e temperatura significativa. O que é praticamente impossível de fornecer em um motor a pistão.
* * *
O segundo nível de perdas– perdas significativas de calor obtidas com a combustão do “combustível assimilado pelo motor”.
O equilíbrio térmico de um motor a gasolina é formado da seguinte forma:
1) - calor convertido em trabalho útil: 35%;
2) - calor perdido com gases de exaustão: 35%;
3) - calor perdido por perdas pelo sistema de resfriamento: 30%;
Uma tarefa– obter um motor com perda mínima de calor durante ambiente externo. Idealmente, você pode definir uma meta para criar um motor com eficiência térmica de 80%. Mas mesmo que consigamos atingir esse indicador de 65-70%, em vez de 35% hoje, será um grande salto adiante. Aqueles. um motor da mesma potência com tanta eficiência começará a consumir 2 vezes menos combustível do que antes.
Análise da desvantagem de hoje: Primeiro, considere por que em motores de pistão tradicionais tais grandes perdas calor "para o lado"? O que leva a um estado de coisas tão triste?
A primeira categoria de perdas de calor- perda de calor com remoção pelas paredes dos cilindros com o sistema de refrigeração. Em geral, para aumentar o valor da eficiência térmica, o motor não deve ser resfriado. A partir disso, a temperatura das peças do motor aumentará imediatamente - e isso queimará o óleo (que cria uma película para facilitar o deslizamento nas superfícies de atrito), e o pistão não se moverá mais facilmente no cilindro e o motor logo travará. Aqui novamente nos deparamos com as contradições de combinar dois processos em um ciclo - combustão e expansão. A temperatura durante o flash de combustão no período inicial de ignição do RSm atinge 3000 C°. E a temperatura máxima do óleo, quando ainda lubrifica e evita o atrito, é de 200 a 220 graus. Quando esse limite de temperatura é excedido, o óleo começa a “queimar” e carbonizar. Para garantir alta eficiência, não é razoável resfriar o motor, mas garantir a possibilidade de movimento do corpo de trabalho principal - o pistão, a lubrificação é vital ... Ou seja, um sistema de resfriamento que permite que o pistão se mova no cilindro reduz drasticamente a eficiência térmica do motor. Esta é uma redução consciente e necessária na eficiência.
A segunda categoria de perdas de calor– perda de calor com os gases de exaustão. A temperatura dos gases de escape na saída dos cilindros para diferentes tamanhos e motores varia de 800 a 1100 ° C. Portanto, em um motor funcionando em alta velocidade, os coletores de escapamento às vezes começam a aquecer até um brilho carmesim ... Isso significa apenas uma coisa - a energia de combustão do combustível, que se transformou na energia interna dos gases de combustão na forma de sua alta temperatura, é perdida de forma irrevogável e completamente inútil. É por esse canal de "perdas térmicas" que os modernos motores de combustão interna perdem cerca de 35% da energia de combustão do combustível. E é extremamente difícil transformar essa energia em trabalho útil, o máximo que foi feito é inserir uma turbina no tubo de escape, que gira o compressor do turbocompressor. Isso atinge um aumento na pressão do ar que entra nos cilindros. E isso aumenta ligeiramente a eficiência. Mas - é preciso entender que a turbina "captura" não a temperatura elevada, mas o excesso de pressão dos gases que saem do cilindro. Aqueles. este é um tópico ligeiramente diferente e uma economia de um tipo diferente.
Assim, verifica-se que o motor de pistão "processa" mal não apenas a temperatura, mas também a alta pressão dos gases de trabalho. De fato, os gases de trabalho com sobrepressão de 8 a 10 atmosferas vão para o escapamento. Isso é muito, basta lembrar que as primeiras máquinas a vapor no início do século XIX tinham pressão de operação em 3 ou 3,5 atmosferas e trabalhou com sucesso em minas de carvão e em plantas metalúrgicas, como os motores das primeiras locomotivas a vapor.
Aqui, todo o ponto está nas mesmas dimensões geométricas do volume de compressão e do volume de expansão. Em um motor a pistão, eles são iguais e nada pode ser feito a respeito. Idealmente, esses volumes devem ser diferentes. Truques como o ciclo de Atkinson, quando em motores a pistão o volume de compressão é menor que o volume de expansão, é ineficaz, pois o torque do motor é drasticamente reduzido.
Mas um aumento no volume da câmara de expansão apenas tornará possível converter todo o excesso de sobrepressão em trabalho útil, mas o aumento da temperatura dos gases quentes da combustão do combustível não pode ser utilizado por este método. A única coisa que passou pela cabeça dos engenheiros foi transformar o calor em trabalho - injetar água nos cilindros. Em teoria: a água, transformando-se em vapor de alta pressão, aumentará drasticamente a pressão da mistura vapor-gás resultante e, ao mesmo tempo, reduzirá significativamente sua temperatura. Mas, em um motor a pistão por mais de 80 anos de esforços nessa direção, nada de eficaz e eficiente foi criado. O esquema de pistão do motor de combustão interna revelou-se muito hostil a essa ideia e não permitiu que o ciclo de vapor ou a fase de vapor fossem incorporados ao ciclo do motor.
Devo dizer que de acordo com a lei fundamental da termodinâmica, formulada há quase 200 anos por S. Carnot, uma máquina térmica com a maior eficiência possível deve ter a temperatura máxima dos gases de trabalho no início do ciclo de trabalho e a mínima temperatura dos gases de trabalho no final do ciclo.
Mas em um motor de combustão interna alternativo, o sistema de refrigeração dificulta a obtenção da temperatura mais alta do gás na primeira etapa do ciclo, e a impossibilidade de incorporar um componente de vapor ao circuito do motor impede que ele obtenha a temperatura mínima do excesso de gás no o fim do ciclo. Como resultado, hoje usamos motores com uma eficiência térmica de cerca de 35%, não muito melhor do que há 60 ou 70 anos...
A maneira de se livrar dessa deficiência:é necessário criar um projeto de motor que permita que o processo de combustão do combustível seja realizado em uma câmara de combustão isolada termicamente (para atingir a temperatura máxima no início do ciclo operacional), bem como permitir que a fase de vapor seja ligado no estágio final de operação dos gases quentes da combustão (para atingir a temperatura mínima no final do ciclo operacional). Além disso, esse projeto de motor possibilitará a dispensa de um sistema de resfriamento separado e volumoso que "jogaria" o calor para o ambiente externo.
Ao mesmo tempo, o motor não precisará de um tubo de escape volumoso e pesado, que nos motores de pistão tradicionais amortece o rugido dos gases de escape emitidos por “tiros” com excesso de pressão de 8 a 10 atmosferas. Pois no projeto proposto, o excesso de pressão dos gases de escape será mínimo.
* * *
O terceiro nível de perda- perdas perceptíveis de energia para superar forças de atrito, bem como forças de inércia de massas em movimento alternativo, bem como perdas para acionar mecanismos auxiliares. Essas perdas são definidas como perdas mecânicas. Eles dependem do esquema cinemático do motor. Mas, além das perdas mecânicas reais, o esquema cinemático e seu projeto também afetam outro importante indicador de trabalho, que não está diretamente relacionado à eficiência: é o modo e a magnitude do torque.
A tarefa é obter um motor com perdas mecânicas mínimas. E também ter um torque de ação constante de alto valor com um tamanho pequeno do próprio motor. O torque alto e estável permite prescindir de um sistema de veículo tão volumoso e complexo como uma caixa de câmbio. Um exemplo é o transporte com motores elétricos e motores a vapor.
Análise da desvantagem de hoje: em um motor de pistão (tronco) padrão, a reação da biela (o componente transversal dessa reação em relação ao eixo do cilindro) à pressão dos gases de trabalho pressiona constantemente o pistão para um lado do cilindro e depois para o outro. Este sistema de operação do motor requer lubrificação constante de superfícies fortemente friccionadas e o custo de superar essas forças de fricção. Além disso, quando a manivela do virabrequim gira, a projeção do ressalto que cria o torque para o vetor de movimento do pistão muda o tempo todo de “zero” para “máximo” e volta a cada curso de trabalho. Esse modo de torque pulsante espasmódico o tempo todo é de pouca utilidade para acionar atuadores. E somente em altas velocidades dos motores a pistão o torque aumenta visivelmente. Porém, altas velocidades (cerca de 3-4 mil rpm) não são necessárias para a maioria dos consumidores. Portanto, é necessário fazer uma caixa de câmbio complexa e volumosa, que é parte integrante de carros, motocicletas, etc.
Além disso, a eficiência mecânica é visivelmente reduzida devido à tomada de força do motor para acionar seus mecanismos auxiliares - bomba do sistema de arrefecimento, ventilador de arrefecimento, eixos de comando e válvulas de distribuição de gás, gerador elétrico, etc. as perdas são causadas pela necessidade de comprimir a mistura de trabalho, e quanto maior a taxa de compressão, maiores as perdas. Além disso, perdas de potência perceptíveis podem ser causadas por ignição precoce desnecessariamente, quando o motor é forçado, no final do 2º tempo de “compressão”, a comprimir os produtos da combustão que começam a se expandir.
A maneira de se livrar dessa deficiência:é necessário criar um projeto de motor no qual a pressão dos gases de trabalho não pressione o corpo de trabalho móvel principal contra o corpo estacionário. Nesse caso, o motor deve ser diferenciado por um projeto que permita ter um braço de torque constante ao longo de todo o caminho de movimento do corpo de trabalho principal do motor. Ao mesmo tempo, neste caminho, a pressão dos gases de trabalho deve ser mantida pelo maior tempo possível, idealmente - buscar 100%. Deixe-me lembrá-lo de que em motores de 4 tempos de um ciclo completo do motor de 2 revoluções do eixo, a pressão no pistão atua apenas meia volta e, mesmo assim, no modo de transferência dessa pressão com um braço de torque instável.
TOTAL:
ENTÃO - vamos formular as condições que a abordagem científica apresenta para criar um motor com alta eficiência:
1) Os principais processos tecnológicos de “combustão” e “expansão” do motor devem ser separados e espaçados para implementação em diferentes câmaras tecnológicas. Nesse caso, a combustão deve ocorrer em câmara fechada, sob condições de aumento de temperatura e aumento de pressão.
2) O processo de combustão deve ocorrer por tempo suficiente e em condições de excesso de ar. Isso permitirá 100% de combustão da mistura de trabalho.
3) O volume da câmara de expansão deve ser significativamente maior que o da câmara de compressão, pelo menos 50%, isso é necessário para a transferência total da pressão dos gases de trabalho para o trabalho no corpo de trabalho principal.
4) Deve ser criado um mecanismo para transferir a alta temperatura dos gases de exaustão para trabalhar no corpo de trabalho principal. Existe apenas uma possibilidade real para isso - o fornecimento de água para converter a alta temperatura dos gases de combustão na pressão do vapor resultante.
5) O corpo de trabalho e toda a cinemática do motor devem ser dispostos de forma que o corpo de trabalho perceba a pressão dos gases de trabalho pelo maior tempo possível durante o ciclo do motor, e o braço para transferir a força dessa pressão é sempre o máximo possível.
Após um trabalho cuidadoso com esses requisitos das abordagens teóricas da física e da mecânica sobre o tema da criação de um motor de alta eficiência, verifica-se que é completamente impossível criar um motor a pistão para tais tarefas. O motor de combustão interna a pistão não atende a nenhum desses requisitos. A seguinte conclusão decorre desse fato - é necessário procurar designs de motores mais eficientes e alternativos ao esquema de pistão. E mais próximo de requisitos necessários acaba por ser um diagrama de um motor rotativo.
No meu trabalho sobre o conceito de um motor rotativo perfeito, apenas procedi de uma tentativa de levar em consideração, ao criar um diagrama conceitual de motor, a necessidade de implementar todas as premissas teóricas acima. Espero ter conseguido.
ARTIGO Nº 2-1
Estamos todos acostumados com o fato de que um motor econômico e potente deve ter uma alta taxa de compressão. Portanto, em carros esportivos, os motores sempre têm uma alta taxa de compressão, e o ajuste (forçamento) do motor para aumentar a potência dos motores de série de massa padrão envolve principalmente o aumento de sua taxa de compressão.
Portanto, em uma ampla opinião de massa, a ideia foi fixada - quanto maior a taxa de compressão do motor, melhor, pois isso leva a um aumento da potência do motor e a um aumento de sua eficiência. Mas - infelizmente, esta disposição é apenas parcialmente verdadeira, ou melhor, é verdadeira não mais do que 50%.
A história da tecnologia nos diz que quando o primeiro Lenoir ICE apareceu na década de 1860 (que funcionava sem compressão), superou apenas os motores a vapor em eficiência e quando (15 anos depois) apareceu o Otto ICE de 4 tempos, trabalhando com compressão , então a eficiência de tal modelo ultrapassou imediatamente todos os motores que existiam naquela época em termos de eficiência.
Mas a compressão não é um processo tão simples e inequívoco. Além disso, não faz sentido atingir taxas de compressão muito altas e também é muito difícil tecnicamente.
Primeiro: quanto maior a taxa de compressão, maior o curso do pistão no cilindro. Consequentemente, a velocidade linear do pistão em altas velocidades é maior. Consequentemente, maiores serão as cargas inerciais alternadas atuando em todos os elementos do mecanismo de manivela. Ao mesmo tempo, os níveis de pressão no cilindro também aumentam. Portanto, para um motor com alta taxa de compressão e curso longo, todos os elementos e partes do motor devem ter maior resistência, ou seja, grosso e pesado. É por isso que os motores a diesel não são pequenos e leves. Portanto, pequenos motores a diesel não foram criados para motocicletas, motores de popa, aeronaves leves etc.
Segundo: quanto maior a taxa de compressão, maior o risco de detonação, com todas as conseqüências destrutivas decorrentes. O reabastecimento com gasolina de baixa qualidade pode simplesmente destruir esse motor. Sobre detonação - leia em um ARTIGO especial. Aqueles. em um certo grau de compressão, gasolina cada vez mais cara e especial ou aditivos especiais devem ser usados. Nos anos cinquenta e sessenta, a principal linha de construção de motores, especialmente nos EUA, era o aumento da taxa de compressão, que no início dos anos setenta nos motores americanos costumava atingir 11-13: 1. No entanto, isso exigia uma gasolina apropriada de alta octanagem, que naqueles anos só podia ser obtida adicionando o venenoso chumbo tetraetila. A introdução de padrões ambientais no início dos anos setenta na maioria dos países levou a uma parada no crescimento e até mesmo uma diminuição na taxa de compressão em motores seriais.
No entanto, não faz sentido atingir as taxas de compressão máximas possíveis. O fato é que a eficiência térmica do motor aumenta com o aumento da taxa de compressão, mas não linearmente, mas com uma desaceleração gradual. Se com um aumento na taxa de compressão de 5 para 10 aumenta 1,265 vezes, então de 10 para 20 - apenas 1,157 vezes. Aqueles. depois de atingir um certo limite do grau de compressão, seu aumento posterior não faz sentido, porque o ganho será mínimo e as dificuldades crescentes serão enormes.
* * * Com análise criteriosa das oportunidades de emprego tipos diferentes motores e procurando maneiras de melhorar sua eficiência, você pode encontrar outras oportunidades além de aumentar constantemente a taxa de compressão. E eles serão muito mais eficientes e superiores do que um aumento de alta taxa de compressão.
Para começar, vamos descobrir - e o que realmente dá alto grau compressão. E ela dá o seguinte:
- dá um comprimento de curso alto, porque em um motor a pistão, o comprimento do curso de compressão é igual ao curso do comprimento de expansão;
- forte pressão na carga da mistura de trabalho, na qual as moléculas de oxigênio e combustível se aproximam. A partir disso, o processo de combustão é melhor preparado e
vai mais rápido.
Os seguintes comentários podem ser feitos sobre a primeira posição: de fato, a eficiência dos motores a diesel se deve em grande parte ao fato de terem um grande comprimento de curso. Aqueles. aumentar o comprimento do curso de expansão tem um efeito muito mais sério na melhoria da eficiência e economia do motor do que aumentar o comprimento do curso de compressão. Isso permite tirar mais proveito da pressão dos gases de trabalho - os gases trabalham para um maior deslocamento do pistão. E se nos motores “gasolina” o diâmetro do pistão é aproximadamente igual ao comprimento do curso, com a correspondente “taxa de compressão” e “taxa de expansão”, que estão ligadas ao comprimento do curso do pistão, então nos motores a diesel esse parâmetro é visivelmente maior. Nos motores diesel clássicos de baixa velocidade, o curso do pistão é 15-30% maior que o diâmetro do pistão. Nos motores diesel marítimos, esta diferença torna-se geralmente flagrante. Por exemplo, um enorme motor diesel de 14 cilindros para um superpetroleiro fabricado pela empresa finlandesa Wartsila, com cilindrada de 25.480 litros e potência de 108.920 cv. a 102 rpm, o diâmetro do cilindro é de 960 mm, com um curso do pistão de 2500 mm.
Ao mesmo tempo, deixe-me lembrá-lo de que esses motores a diesel marítimos funcionam com petróleo bruto, que pode suportar uma taxa de compressão muito alta com um curso de pistão tão grande.
Mas um aumento na taxa de compressão também tem seus lados desagradáveis \u200b\u200b- requer o uso de gasolina cara de alta octanagem, aumento do peso do motor, bem como uma quantidade considerável de potência do motor para o processo de forte compressão.
Vamos tentar descobrir se não será possível obter um efeito próximo e ainda maior no aumento da potência e no aumento da eficiência do motor de outras maneiras, ou seja. sem aumento excessivo do grau de compressão com aumento do negativo inerente a tal processo. Acontece que tal caminho é possível. Aqueles. todos os aspectos positivos de aumentar a taxa de compressão podem ser obtidos de outras maneiras e sem os problemas inerentes de aumentar a taxa de compressão.
Consideração da primeira posição - comprimento de curso longo. O principal para a eficiência é um grande comprimento de curso, para que todos os gases de trabalho transfiram a pressão para o pistão ao máximo. E em um motor a pistão, o curso é igual ao comprimento do curso de compressão. Foi assim que se fixou de alguma forma a opinião de que o mais importante é o grau de compressão, e não o grau de expansão. Embora em um motor a pistão esses valores sejam iguais. Portanto, não faz muito sentido separá-los.
Mas, idealmente, é melhor fazer com que esses comprimentos de curso sejam diferentes. Como aumentar o curso de compressão leva a muitas consequências desagradáveis, torne-o moderado. Mas o curso de expansão, como responsável ao máximo pela economia e eficiência, deve ser feito o mais amplo possível. Mas em um motor a pistão é quase impossível fazer isso (ou é muito difícil e difícil de fazer - um exemplo é o motor Kushul). Mas há muitos circuitos de motores rotativos que permitem trabalho especial resolver este dilema. Aqueles. a capacidade do motor de ter uma taxa de compressão moderada e, ao mesmo tempo, um curso significativo.
Consideração da segunda posição – ativação e alta eficiência do processo de combustão do combustível. Dele alta velocidade e completude. isto condição importante qualidade e economia do motor. Mas acontece que a taxa de compressão (fornecendo alta pressão) não é a única e nem mesmo a melhor maneira de obter esse resultado.
Aqui vou me permitir uma citação de um livro acadêmico sobre a teoria dos motores para universidades do período soviético: "Automobile Engines", ed. M.S. Khovakha. Moscou, "Engenharia", 1967.
Como pode ser visto na citação acima, a qualidade e a velocidade da combustão dependem mais da temperatura de combustão e, em menor medida, da pressão. Aqueles. se for possível fornecer a temperatura máxima do meio de combustão, a utilidade da combustão será máxima e a necessidade de uma pressão extremamente alta antes do processo de combustão (no grau de compressão) desaparecerá.
De todas as abordagens teóricas descritas acima, uma conclusão pode ser tirada - um motor potente com alta eficiência pode prescindir de uma alta taxa de compressão, com todas as dificuldades inerentes a ela. Para fazer isso, a taxa de expansão no motor deve ser visivelmente maior que a taxa de compressão, e a combustão da carga de uma mistura de trabalho fresca deve ocorrer em uma câmara de combustão extremamente aquecida. Neste caso, durante o processo de combustão, a pressão e a temperatura devem aumentar devido ao seu aumento natural devido à energia do processo de combustão. Aqueles. a câmara de combustão deve ser hermeticamente fechada e não alterar seu volume durante o processo de combustão. Portanto: não deve haver um aumento rápido do volume da câmara de combustão - com uma queda correspondente na pressão e na temperatura (como acontece em um motor a pistão).
A propósito, durante a combustão da mistura de combustível, a pressão na câmara de combustão fechada de volume constante aumentará, ou seja, as porções de combustível que queimam na “segunda série” (mais de 60% da massa da carga ) queimará a uma taxa de compressão muito alta (pressão de cerca de 100 atm.), cuja pressão será criada pela combustão da primeira parte do combustível. Aqui deve-se notar que a pressão da conclusão do curso de compressão, mesmo para motores a diesel (esses atuais campeões em termos de eficiência), não passa de 45-50 atm.
Mas ambas as condições acima mencionadas em um motor de pistão com mecanismo de manivela não podem ser observadas e garantidas. Portanto, os motores a pistão operam em altas taxas de compressão, com todas as dificuldades decorrentes, e não conseguem superar a barra de eficiência de 40% há quase 100 anos.
O RESUMO DESTE ARTIGO É
– Um motor de alta eficiência, alta potência e alta eficiência pode ter uma taxa de compressão moderada se tiver um curso de expansão consideravelmente maior que o curso de compressão. E a combustão da mistura de trabalho ocorrerá em uma câmara trancada durante a combustão e não resfriada (processo adiabático isocórico) a temperatura e pressão crescentes da energia do próprio processo de combustão.
No âmbito da ideia de um motor a pistão, é impossível criar tal projeto, mas no campo das ideias de motores rotativos, é bem possível criar tais projetos. O que faz o autor deste texto e deste site.
ARTIGO Nº 2-2
26.01.13
Na primeira parte do artigo, mostrei que um aumento contínuo na taxa de compressão em um motor a pistão com mecanismo de manivela - a única maneira de aumentar ligeiramente a eficiência do motor, tem limites claros para suas capacidades. Em taxas de compressão próximas a 16, a mistura de trabalho com vapor de gasolina de 100 octanas começa a queimar no modo de detonação, e as peças e a carcaça do motor tornam-se muito volumosas e de paredes espessas (como em um motor a diesel) para suportar altas pressões e grandes cargas inerciais. Mas as enormes forças da combustão de detonação destroem até mesmo peças volumosas e massivas muito rapidamente.
Mas existem outras maneiras de aumentar a eficiência do motor - são elas:
A) - aumentar a temperatura de combustão da Mistura de Trabalho (temperatura na câmara de combustão) para obter uma combustão completa e rápida dos vapores da gasolina. Nesse caso, a quantidade máxima de calor é liberada e o corpo de trabalho pressionará o pistão com mais força - ou seja, faça um ótimo trabalho.
Motores de pistão com mecanismo de manivela e processo combinado de “expansão de queima” (3º curso) não podem seguir esse caminho, pois o óleo (lubrificando as paredes do par cinemático “pistão-cilindro”) a uma temperatura de 220 graus já começa carbonizar e deixar de lubrificar. É por isso que o cilindro e o pistão do motor devem ser resfriados, o que leva a uma queda acentuada na eficiência térmica do motor.
B) - aumento do volume (grau) de expansão do Corpo de Trabalho (comprimento do curso de expansão) para a expansão total dos gases do Corpo de Trabalho. Isso permitirá o uso total de seu excesso de pressão. Nos motores de pistão modernos, gases com pressão de 5 a 8 atmosferas vão para o escapamento, o que é uma perda significativa. E isso apesar do fato de que a pressão efetiva média de um motor a pistão é de apenas 10 atmosferas. O pequeno comprimento de curso de um motor a pistão com virabrequim (mecanismo de manivela) evita um aumento na “atuação” dessa pressão.
Se você aumentar o grau de expansão dos gases do corpo de trabalho no motor, sua eficiência aumentará significativamente sem a necessidade de aumentar a taxa de compressão.
O primeiro motor de combustão interna da história foi o motor Lenoir. 1860
Assim, o tema deste artigo: para aumentar a eficiência, é possível e necessário aumentar o grau de expansão do Corpo de Trabalho (gases de trabalho) sem aumentar a taxa de compressão. Isso deve levar a um aumento significativo na eficiência do motor, vamos justificar essa possibilidade neste artigo.
No ideal, você precisa ter: a taxa de compressão pode ser bem pequena - cerca de 3 vezes, isso corresponde a uma pressão na carga da Mistura de Trabalho comprimida de 4 atmosferas, mas a taxa de expansão (comprimento da linha de curso) deve exceda esta pequena taxa de compressão em cerca de 6-8 uma vez.
Tal formulação da questão pode parecer estranha e irracional para todos os conhecedores de esquemas de motores tradicionais, acostumados a altas taxas de compressão em motores a pistão. Mas exatamente esse estado de coisas paradoxal na realidade é evidenciado por um estudo cuidadoso dos projetos de motores de combustão interna que foram criados e operados no início do surgimento de tais motores, ou seja, na era da criação dos primeiros motores de combustão interna.
Assim, o primeiro equívoco que serve para reforçar o mito da necessidade de criar uma alta taxa de compressão no motor é justificado pelo fato de que os primeiros motores de combustão interna, que foram criados há 150 anos, não pré-comprimiam a Mistura de Trabalho antes de ser aceso e, portanto, tinha uma eficiência completamente escassa - quase a mesma das máquinas a vapor primitivas.
De fato, o primeiro motor de combustão interna funcional projetado por Jean Lenoir (patenteado em 1859) não tinha pré-compressão da mistura de trabalho e operava com uma eficiência de 4%. Apenas 4% é como os vorazes e volumosos motores a vapor da época.
Mas o primeiro exemplo de motor de 4 tempos de Nikolaus Otto, criado em 1877, funcionava com uma pré-compressão da mistura de trabalho e apresentava uma eficiência de 22% durante a operação, o que para a época era uma conquista fenomenal. Ao mesmo tempo, o grau de compressão e o grau de expansão (como todos os ICEs de pistão atuais com KShM) eram iguais entre si.
Com base nesses dados:
- Rendimento do motor Lenoir sem compressão - 4%;
- Rendimento do motor Otto com compressão - 22%;
conclusões simples e claras são feitas - um motor operando com uma pré-compressão da Mistura de Trabalho opera em um modo fundamentalmente mais eficiente e - quanto maior a taxa de compressão, melhor. Essa conclusão ao longo dos últimos 140 anos tornou-se uma verdade comum e, nos últimos 100 anos, a construção de motores caminhou para aumentar o valor da taxa de compressão, que hoje já atingiu seus valores limites.
MAS na apresentação dessas informações, existe um grande MAS...
Acontece que o mesmo Nikolaus Otto, antes de criar seu famoso motor de 4 tempos com compressão em 1877, um pouco antes - em 1864 ele criou, produziu e vendeu com sucesso muitas centenas de suas outras invenções - um motor atmosférico de combustão interna operando sem pré-compressão . A eficiência deste motor foi de 15% ... Uma eficiência tão alta não se encaixa na teoria de que uma forte pré-compressão da Mistura de Trabalho é absolutamente necessária para alcançar uma eficiência significativa do motor.
Algo não estava certo nesse tópico, faltava algo para entender fatos muito importantes, e resolvi estudar essa situação. E aqui estão as conclusões a que cheguei:
-absolutamente terrível - escasso - a eficiência do motor Lenoir foi obtida porque ele havia completamente EXPANSÃO inaceitavelmente pequena gases de trabalho;
- e o motor Otto atmosférico operando sem compressão teve uma eficiência muito digna de 15% do que tinha EXPANSÃO muito grande gases de trabalho;
É verdade que este motor Otto tinha um torque muito baixo e uma rotação muito irregular do eixo principal e, portanto, foi rapidamente substituído por motores de 4 tempos. Mas com o valor da eficiência, ele era muito decente.
Vamos dar uma olhada nas dimensões das peças de trabalho do motor Lenoir e fazer alguns cálculos aproximados. O diâmetro do pistão é de 120 mm e o curso do pistão é de 100 mm. As descrições do motor da época preservavam os dados de que uma distância de cerca de metade do comprimento da "linha de expansão" era destinada à entrada de gás e ar. Em seguida, a válvula de abastecimento foi fechada e a vela elétrica deu uma faísca. Aqueles. o processo de expansão, ou melhor, o processo combinado de “queima-expansão”, teve menos da metade do curso de trabalho ... Uma faísca acendeu uma mistura de gás e ar, ocorreu um flash, a temperatura e a pressão dos gases em o cilindro aumentou acentuadamente e a pressão de trabalho impulsionou o pistão ainda mais com esforço. O pico máximo da pressão do gás de trabalho no pistão foi 5 atmosferas. Mas deve ser entendido que a Mistura de Trabalho foi inflamada sob condições de queda de pressão cada vez mais profunda - afinal, o pistão continuou a se mover criando um vácuo abaixo da pressão atmosférica ... Sob tais condições, apenas uma mistura muito "rica" supersaturada com gás pode ser inflamado. Conseqüentemente, a combustão nesse modo era extremamente incompleta e mesmo os produtos da combustão dificilmente podiam se expandir totalmente - afinal, o comprimento do curso de trabalho era extremamente pequeno. Aqueles. para um pistão com um diâmetro de 120 mm. o comprimento do curso foi inferior a 50 mm. Podemos assumir com segurança que gases de pressão muito alta foram para o escapamento e até supersaturados com gás de iluminação não queimado. Conseqüentemente, um motor com tais parâmetros tinha uma potência de apenas 0,5 cavalo-vapor a uma velocidade de eixo de 120-140 rpm, então - olhamos para o motor Lenoir. Este motor funcionou em um ciclo de 2 tempos. A princípio, na linha do curso de trabalho, o pistão aspirava o gás leve e o ar (mistura de trabalho). A válvula de alimentação foi então fechada. A vela de ignição faiscou e a Mistura de Trabalho acendeu e o gás quente de alta pressão empurrou o pistão ainda mais. Então, durante o curso reverso, o pistão empurrou os produtos da combustão para fora do cilindro e tudo se repetiu novamente.
Aqueles. em um ciclo de trabalho - na "linha de extensão" - três processos de trabalho foram combinados:
- entrada da mistura de trabalho;
- combustão da mistura de trabalho;
– ampliação do Corpo de Trabalho;
CONCLUSÃO- o motor Lenoir tinha uma eficiência tão baixa e uma potência tão baixa, principalmente devido ao comprimento de curso muito curto (quando os gases de trabalho simplesmente não funcionavam) e à organização muito ineficiente dos processos de trabalho, quando a mistura de trabalho extremamente "rica" foi acesa a uma pressão visivelmente abaixo da atmosférica em condições de expansão ativa. Aqueles. este motor deve ser designado como um motor operando com uma PRÉ-EXPANSÃO (vácuo) da Mistura de Trabalho....
PRÓXIMO - considere a operação de outro motor que funcionou sem pré-compressão da Mistura de Trabalho, mas teve uma eficiência de 15%. Este é um motor atmosférico Otto de 1864. Era um motor muito incomum. De acordo com sua cinemática, parecia algo completamente feio e inadequado para o trabalho, mas com um esquema cinemático “desajeitado”, agia de acordo com um esquema muito racional de organização dos processos de trabalho e, portanto, tinha uma eficiência de 15%.
O cilindro deste motor foi montado verticalmente e o pistão do motor movido para cima e para baixo. Ao mesmo tempo, esse motor não possuía virabrequim e o pistão possuía uma cremalheira muito longa voltada para cima, que engatou na engrenagem com seus dentes e a girou.
Motor atmosférico Otto modelo 1864. À direita na foto está um pistão com uma longa cremalheira dentada, que dá uma ideia do comprimento do curso. Ao mesmo tempo, quando a mistura de trabalho explodiu sob o pistão e o pistão voou instantaneamente para cima, a engrenagem girou ociosa, porque um mecanismo especial a desconectou do volante da máquina. Então, quando o pistão e o trilho atingiram o ponto máximo extremo e a pressão dos gases de trabalho no pistão deixou de atuar, o pistão e o trilho, sob seu próprio peso, começaram a descer. Nesse ponto, a engrenagem foi presa ao eixo do volante e o golpe de trabalho começou. Assim, o motor agia com impulsos espasmódicos e tinha um regime de torque muito ruim. O motor também tinha baixa potência, pois apenas o peso do pistão e da cremalheira criava a força (ou seja, a gravidade trabalhava), bem como a pressão ar atmosférico, quando os gases refrigerantes e o pistão levantado no cilindro criaram um vácuo. É por isso que o motor foi chamado de atmosférico, porque nele, junto com a força da gravidade, também trabalhava a força da pressão atmosférica.
Mas, por outro lado, em tal projeto do motor, os processos de trabalho foram extremamente bem organizados.
Considere como os processos de trabalho neste motor foram organizados e agidos.
A princípio, um mecanismo especial elevava o pistão em 1/10 da altura do cilindro, fazendo com que um espaço rarefeito se formasse sob o pistão e uma mistura de ar e gás fosse sugada para dentro dele. Então o pistão parou. Em seguida, a mistura foi acesa com chama aberta por meio de um tubo especial. Durante a explosão do gás combustível, a pressão sob o pistão subiu abruptamente para 4 atm. Essa ação jogou o pistão para cima, o volume de gás no cilindro aumentou e a pressão abaixo dele caiu, pois o volume interno do pistão não tinha ligação com a atmosfera e estava hermeticamente fechado naquele momento. Quando o pistão foi lançado por uma explosão, um mecanismo especial desconectou o trilho do eixo. O pistão, primeiro sob pressão de gás e depois por inércia, subiu até que um vácuo significativo foi criado sob ele. NO este caso o curso de trabalho acabou sendo de comprimento máximo e continuou até que toda a energia do combustível queimado (na forma de excesso de pressão do corpo de trabalho) fosse totalmente gasta na elevação do pistão. Observe que a fotografia do motor mostra que o comprimento do curso (altura do cilindro) é muitas vezes - 6-8 vezes o diâmetro do pistão. Essa é a duração de seu curso de trabalho. Enquanto nos motores de pistão modernos, o diâmetro do pistão é aproximadamente igual ao curso de trabalho. Somente nos motores a diesel - esses campeões modernos de eficiência - o curso é cerca de 20 a 30% maior que o diâmetro do cilindro. E aqui - mais de 6 ou até 8 vezes ....
Além disso, o pistão desceu e o curso de trabalho do pistão começou sob a carga de seu próprio peso e sob a influência da pressão atmosférica. Depois que a pressão do gás comprimido no cilindro no caminho para o pistão atingiu a pressão atmosférica, a válvula de escape se abriu e o pistão deslocou os gases de escape com sua massa. Todo esse tempo, uma longa cremalheira e pinhão giravam uma engrenagem conectada por um eixo a um volante. É assim que a potência do motor foi produzida. Depois que o pistão voltou ao ponto mais baixo da trajetória do movimento, tudo foi repetido novamente - um mecanismo especial o levantou suavemente e uma nova porção da Mistura de Trabalho foi sugada.
Há mais um recurso - que desempenhou um aumento notável na eficiência. Esse recurso não estava no motor Lenoir, nem nos motores modernos de 2 e 4 tempos. Em um esquema de motor tão incomum, devido à expansão completa máxima do corpo de trabalho aquecido, a eficiência desse motor foi significativamente maior do que a eficiência do motor Lenoir e, portanto, chegou a 15%. Além disso, a ignição da mistura de trabalho no motor atmosférico Otto ocorreu à pressão atmosférica, enquanto no motor Lenoir esse processo ocorreu em condições de rarefação crescente, ou seja, sob condições de queda crescente nas forças de pressão, quando a pressão acabou sendo visivelmente menor que a pressão atmosférica.
Também é necessário dizer que, de acordo com o esquema principal próximo ao esquema deste motor, os bate-estacas - martelos a diesel - trabalham hoje. É verdade que o suprimento e a ignição do combustível neles são organizados de maneira diferente, mas o geral diagrama de circuito o movimento do corpo de trabalho é o mesmo.
No motor atmosférico Otto, no momento da ignição da Mistura de Trabalho, o pistão parou e, durante a combustão das primeiras porções do combustível, foi criada uma pressão crescente no volume de combustão, ou seja, porções de combustível que queimaram no segundo, terceiro e turno subsequente - queimaram sob condições de pressão crescente, ou seja, A compressão da Mistura de Trabalho ocorreu devido ao aumento da pressão do flash e à liberação de calor das primeiras porções da carga de queima. Ao mesmo tempo, a inércia do sistema pressionando de cima o gás em chamas - um pistão, um trilho longo e a pressão atmosférica, criou uma forte resistência ao primeiro impulso do movimento ascendente, o que levou a um aumento perceptível da pressão no meio gasoso em chamas. Aqueles. no motor atmosférico Otto, a combustão da Mistura de Trabalho ocorreu em condições de forte compressão do volume principal da parte da carga de gás combustível que ainda não começou a queimar. Embora não houvesse pré-compressão pelo pistão. Foi essa compressão real de uma quantidade significativa da maioria dos vapores de combustível que apareceu durante a combustão da carga da Mistura de Trabalho (junto com o longo curso de trabalho) que desempenhou a eficiência significativa do motor atmosférico Otto do modelo 1864 .
Mas motores de pistão modernos, como o motor Lenoir de 150 anos atrás, são forçados a acender uma nova carga da Mistura de Trabalho sob condições de volume em forte expansão, quando o pistão (e é acionado com muita força pela biela e virabrequim) desesperadamente sai do fundo do cilindro e expande o volume da "câmara de combustão" . Para referência, a velocidade do pistão nos motores modernos é de 10 a 20 metros por segundo, e a velocidade de propagação da frente da chama em uma carga de vapor de combustível altamente comprimido é de 20 a 35 metros por segundo. Mas nos motores modernos, para eliminar essa situação desagradável, você pode tentar incendiar a carga da mistura de trabalho "precocemente" - ou seja, até que o pistão em movimento alcance a linha final do ponto morto superior (TDC) do curso anterior ou em uma posição próxima a esse ponto. Mas no motor Lenoir isso era impossível, porque depois que o pistão atingiu o PMS, começou o processo de sucção de uma nova porção de gás combustível e ar, e sua ignição só é possível sob condições de aumento acentuado do volume da “câmara de combustão ” e uma queda acentuada na pressão em uma porção fresca da mistura de trabalho abaixo da atmosférica. É por isso que o motor Lenoir tinha uma eficiência tão baixa.
Pode-se supor que, se o motor atmosférico Otto tivesse ignição elétrica (como o motor Lenoir anterior), sua eficiência poderia se aproximar de 20%. O fato é que quando a carga da Mistura de Trabalho no cilindro foi acesa com uma chama aberta através de um tubo especial durante um flash, parte da carga em chamas voou para a atmosfera através deste tubo e foram perdas perceptíveis ... Se essas perdas pudessem ser eliminadas, a eficiência desse motor seria obviamente maior.
Mas Otto não tinha conhecimento na área de engenharia elétrica (como Lenoir), então ele instalou um sistema de ignição tão primitivo e redutor de eficiência em seu motor naturalmente aspirado.
As CONCLUSÕES deste artigo são:
1)
- uma opinião estabelecida sobre a possibilidade de alcançar uma eficiência do motor extremamente alta, principalmente devido ao grau máximo possível pré-compressão Mistura de Trabalho válido apenas para projetos de motores a pistão
, onde o pistão movendo-se rapidamente do “fundo” do cilindro em direção ao virabrequim (devido ao acionamento forçado do virabrequim) expande o volume da “câmara de combustão” a uma velocidade tremenda e reduz a pressão do inflamado (e também queima) carga da Mistura de Trabalho. No motor de pistão Lenoir, operando sem pré-compressão da mistura de trabalho, essa desvantagem dos motores de pistão se manifestou de maneira especialmente clara. O que levou a sua eficiência extremamente baixa.
Em motores de pistão modernos de todos os tipos, a fim de eliminar precisamente essa desvantagem construtiva "genérica" na organização dos processos de trabalho, um grau extremamente alto de pré-compressão é usado - precisamente para fazer uma nova carga da mistura de trabalho queimar suficientemente altas pressões e temperaturas (apesar do rápido aumento no volume da câmara de combustão e a queda de pressão correspondente nesta câmara), que é a chave para uma combustão relativamente completa da carga da Mistura de Trabalho e a criação de um Corpo de Trabalho de alta pressão e alta temperatura.
2)
- na história da tecnologia, existem projetos de motores de outros esquemas cinemáticos e uma maneira diferente de organizar os processos de trabalho, onde mesmo sem uma forte compressão prévia de uma nova carga da Mistura de Trabalho, bons valores de eficiência podem ser obtidos alcançado mesmo com um design muito primitivo. Um exemplo é o motor atmosférico Otto do modelo de 1864, com eficiência de 15%.
3)
- é possível criar um motor de combustão interna altamente eficiente, no qual os processos de combustão de uma nova carga da Mistura de Trabalho e a criação de um Corpo de Trabalho de altos parâmetros ocorrerão por compressão natural da carga em combustão devido às forças de combustão sob condições de uma câmara de combustão de volume constante. Além disso, o processo de pré-compressão a valores elevados (20-30 atmosferas), típico dos motores de pistão modernos, requer uma quantidade significativa de energia do motor e o uso de peças maciças, volumosas e pesadas.
Ao mesmo tempo, a principal contribuição para alcançar alta eficiência será dada por um grande parâmetro do volume de expansão (curso longo), que será muito maior que o volume de compressão.
EXATAMENTE ESSE MOTOR, que não requer a pré-compressão dispendiosa e incômoda de uma nova carga de alto valor da mistura de trabalho, que o autor deste artigo está criando atualmente. Neste motor, a pré-compressão será realizada para valores baixos, e a compressão principal da carga da Mistura de Trabalho na câmara de combustão de volume constante ocorrerá devido às forças do próprio primeiro estágio da combustão. Idealmente, será combustão de detonação: flash - explosão. Além disso, o Corpo de Trabalho de Alta Pressão se expandirá até o fim de sua capacidade no Setor de Expansão de Alto Volume.
A física é uma ciência que estuda os processos que ocorrem na natureza. Esta ciência é muito interessante e curiosa, porque cada um de nós quer se satisfazer mentalmente, tendo adquirido conhecimento e compreensão de como e o que está organizado em nosso mundo. A física, cujas leis foram deduzidas por mais de um século e mais de uma dúzia de cientistas, nos ajuda nessa tarefa, e devemos apenas nos alegrar e absorver o conhecimento fornecido.
Mas, ao mesmo tempo, a física está longe de ser uma ciência simples, como, de fato, a própria natureza, mas seria muito interessante entendê-la. Hoje falaremos sobre o fator de eficiência. Aprenderemos o que é eficiência e por que ela é necessária. Vamos considerar tudo de forma clara e interessante.
Explicação da abreviatura - eficiência. No entanto, tal interpretação da primeira vez pode não ser particularmente clara. Esse coeficiente caracteriza a eficiência de um sistema ou corpo separado e, mais frequentemente, um mecanismo. A eficiência é caracterizada pelo retorno ou conversão de energia.
Este coeficiente aplica-se a quase tudo o que nos rodeia, e até a nós próprios, e em maior medida. Afinal, fazemos um trabalho útil o tempo todo, mas com que frequência e importância é outra questão, e o termo “eficiência” é usado com ela.
É importante ter em conta que este coeficiente é ilimitado, geralmente representa valores matemáticos, por exemplo, 0 e 1 ou, como é mais comum, como uma porcentagem.
Na física, esse coeficiente é denotado pela letra Ƞ, ou, como é comumente chamado, Eta.
Ao usar quaisquer mecanismos ou dispositivos, temos a certeza de fazer o trabalho. Via de regra, é sempre mais do que precisamos para concluir a tarefa. Com base nesses fatos, distinguem-se dois tipos de trabalho: este é gasto, que é indicado por letra maiúscula, A com z minúsculo (Az), e útil - A com a letra p (Ap). Por exemplo, vamos pegar este caso: temos a tarefa de elevar um paralelepípedo de uma certa massa a uma certa altura. Nesse caso, a obra caracteriza apenas a superação da gravidade, que, por sua vez, atua sobre a carga.
Caso seja utilizado algum dispositivo de levantamento, exceto a gravidade do paralelepípedo, é importante levar em consideração também gravidade das partes deste dispositivo. E além de tudo isso, é importante lembrar que, vencendo na força, sempre perderemos na estrada. Todos esses fatos levam a uma conclusão de que o trabalho gasto em qualquer caso será mais útil, Az > Ap, a questão é quanto mais, porque você pode minimizar essa diferença e, assim, aumentar a eficiência do nosso ou do nosso dispositivo.
O trabalho útil é a parte do trabalho gasto que fazemos usando o mecanismo. E eficiência é só isso quantidade física, que mostra qual parte é trabalho útil de todo gasto.
Resultado:
Existe fórmula definida para encontrar eficiência. Parece assim: para encontrar a eficiência na física, você precisa dividir a quantidade de energia pelo trabalho realizado pelo sistema. Ou seja, a eficiência é a razão entre a energia gasta e o trabalho realizado. A partir disso, podemos tirar uma conclusão simples de que quanto melhor e mais eficiente for o sistema ou corpo, menos energia será gasta na execução do trabalho.
A fórmula em si parece curta e muito simples Ƞ será igual a A/Q. Ou seja, Ƞ = A/Q. Nesta fórmula curta, fixamos os elementos necessários para o cálculo. Ou seja, A neste caso é a energia utilizada que é consumida pelo sistema durante a operação, e a letra maiúscula Q, por sua vez, será o A gasto, ou novamente a energia gasta.
Idealmente, a eficiência é igual à unidade. Mas, como geralmente acontece, ele é menor que ela. Isso acontece por causa da física e por causa, é claro, da lei da conservação da energia.
O fato é que a lei de conservação de energia assume que mais A não pode ser obtido do que a energia recebida. E mesmo esse coeficiente será igual a um extremamente raramente, já que a energia é sempre desperdiçada. E o trabalho vem acompanhado de perdas: por exemplo, em um motor, a perda está em seu aquecimento abundante.
Assim, a fórmula de eficiência é:
Ƞ=A/Q, Onde
Vale ressaltar que a eficiência não existe como um conceito neutro, cada processo tem sua própria eficiência, isso não é uma força de fricção, não pode existir por conta própria.
Considere alguns dos exemplos de processos com a presença de eficiência.
Por exemplo, pegue um motor elétrico. A tarefa de um motor elétrico é converter energia elétrica em energia mecânica. Nesse caso, o coeficiente será a eficiência do motor em relação à conversão de energia elétrica em energia mecânica. Existe também uma fórmula para este caso, que fica assim: Ƞ=P2/P1. Aqui P1 é a potência no caso geral e P2 é a potência líquida que o próprio motor produz.
É fácil adivinhar que a estrutura da fórmula do coeficiente é sempre preservada, apenas os dados que precisam ser substituídos são alterados nela. Dependem do caso específico, se for um motor, como no caso acima, então é necessário operar com a potência gasta, se for trabalho, então a fórmula original será diferente.
Agora sabemos a definição de eficiência e temos uma ideia sobre esse conceito físico, bem como sobre seus elementos e nuances individuais. A física é uma das maiores ciências, mas pode ser desmembrada em pequenos pedaços para entender. Hoje exploramos uma dessas peças.
Este vídeo vai te ajudar a entender o que é eficiência.
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